Что такое poe на коммутаторах
Стандарты питания от PoE до PoE++, внедрение и методы проверки
Power over Ethernet (PoE) представляет собой технологию, обеспечивающую подачу электрической энергии вместе с данными по сетевой инфраструктуре Ethernet. Впервые технология PoE была разработана для упрощения развертывания телефонов VoIP и исключения необходимости в дополнительном источнике электропитания на самом телефоне. С тех пор данная технология играет важную роль в увеличении числа подключенных к сети устройств, особенно в тех случаях, когда в месте установки таких устройств сложно или дорого установить дополнительные электрические розетки. Технология PoE обеспечивает расширение сетей Wi-Fi за счет использования активных точек доступа и систем IP-наблюдения за счет использования активных камер. С учетом прогнозируемого роста числа устройств IoT (Интернета вещей) в сочетании с недавно утвержденными в стандарте 802.3bt (4PPoE) более высокими уровнями мощности правильность функционирования систем PoE становится критически важной.
Когда передачу данных и подачу электропитания обеспечивает единая кабельная инфраструктура, без хорошего проектирования и правильных методов проверки многое может пойти не так. Обязательными условиями для беспрепятственного развертывания являются глубокие знания спецификаций электропитания и передачи данных для развертываемых устройств, а также понимание характеристик существующей или новой кабельной инфраструктуры, которая будет использоваться для соединения устройств и источников электропитания.
В этой статье описывается технология PoE, включая недавно принятую спецификацию IEEE 802.3bt, также называемую PoE++ или 4PPoE (PoE по четырем парам). Здесь можно будет найти ответы на следующие вопросы:
Типы оборудования PoE
Прежде чем погрузиться в рассмотрение технологии PoE, важно уяснить несколько ключевых терминов:
PSE (Power Source Equipment / Питающее оборудование)
Это устройство, которое обеспечивает подачу электропитания. Устройство PSE может быть либо End-Span, либо Mid-Span (смотрите ниже).
PD (Powered Device / Питаемое устройство)
Это устройство, получающее электропитание от системы PoE.
Источник электропитания End-Span – это обычно сетевой коммутатор или инжектор, который обеспечивает подачу электропитания от конца кабельной линии.
Источник электропитания Mid-Span – это устройство (обычно PoE инжектор), которое обеспечивает питание PoE из середины кабельной линии, и находится между сетевым коммутатором и устройством PD.
Технология PoE использует кабели типа «витая пара» для соединения между устройствами PSE и PD. Сечение и материал кабеля и соединительного оборудования (например, патч-панели) влияют на потерю мощности.
На рисунке ниже показаны конфигурации электропитания End-Span и Mid-Span для PSE. Оборудование End-Span обычно используется в новых установках, когда необходимы и другие обновления коммутатора (например, переход на технологию 1000-BaseT). Развертывание коммутатора PoE обеспечит более удобную подачу электропитания в вашей сети и добавит меньше потенциальных точек неисправностей и сложностей, чем в случае конфигурации Mid-Span.
Конфигурация Mid-Span используется, когда коммутатор, пусть и не поддерживающий технологию PoE, заменять нежелательно, а в сеть необходимо добавить только подачу электропитания, обычно с помощью PoE инжектора. При использовании абсолютно пассивного источника электропитания Mid-Span в линии передачи данных максимальное расстояния между коммутатором и устройством PD по-прежнему должно быть менее 100 метров. Некоторые источники Mid-Span могут получать электропитание от оконечного устройства PoE и работать как повторитель сигнала для увеличения расстояния между устройством PD и коммутатором за пределы установленного ограничения в 100 метров.
Типы источников PSE.
Power Source Equipment (PSE), e.g. Switch
Питающее оборудование, например, коммутатор
Powered Device (PD)), e.g. VoIP Phone
Питаемое устройство, например, телефон VoIP
Switch with no PoE
Коммутаторы без PoE
Источник PoE (устройство PSE)
Стандарты и совместимость PoE
С течением времени стандарты PoE эволюционировали, обеспечивая подачу все более высокой мощности для удовлетворения требований новых приложений. Это привело к появлению сложного многообразия продуктов PoE, как основывающихся на стандартах, так и являющихся достандартными реализациями. Эти многочисленные реализации различаются функционально, предлагаемыми уровнями напряжения, уровнями мощности, управлением подачей питания и классификацией. Из-за большого разнообразия представленного на рынке оборудования PSE и PD бремя выбора правильного оборудования и проверки совместимости ложится на потребителя. Требующие более высокой электрической мощности устройства PD, например, камеры PTZ с подогревом для систем уличного видеонаблюдения, отличаются тем, что имеют изменяющиеся требования к электропитанию, например, для режимов ожидания и активного состояния. Успешное развертывание систем PoE требует от установщика понимания этого многообразия и учета максимальной мощности, необходимой устройствам PD.
Ниже расписаны четыре типа PoE, заданные стандартом IEEE. Новый стандарт IEEE 802.3bt обеспечивает наивысший уровень максимальной мощности, подходящий для электропитания киосков и освещения. Существуют также нестандартные реализации PoE, такие как подача питания 12 или 24 В постоянного тока для камер видеонаблюдения и точек доступа конкретного производителя.
Как выбрать PoE-коммутатор для проектов разного масштаба. Примеры из практики
Видеонаблюдение, Wi-Fi сети и даже кассовое оборудование: в нашем портфолио есть проекты, под которые закупалась не одна сотня наших PoE-коммутаторов. Мы хотим рассказать вам о применении PoE оборудования, некоторых нюансах при его подборе — а самое вкусненькое мы припасли, конечно, под конец.
Сначала пара слов о самой технологии и стандартах.
Пара слов о PoE
PoE (Power over Ethernet) позволяет передавать электрическую энергию удаленному устройству, подключенному к сети по канальному протоколу Ethernet (Ethernet / Fast Ethernet / Gigabit Ethernet). Передача энергии осуществляется по одному и тому же кабелю UTP (Unshielded Twisted Pair).
Главное преимущество PoE — в снижении затрат на инфраструктуру. Конечно, питающее оборудование обладает более высокой ценой (CAPEX), однако вложения быстро окупятся при внедрении и в процессе эксплуатации (OPEX), особенно если учитывать все сопутствующие затраты. Например, нельзя игнорировать стоимость протяжки силового кабеля и установки дополнительных розеток при использовании традиционной схемы питания. Кроме того, такой подход повышает эстетическую составляющую.
Вторым преимуществом является удобство использования конечного оборудования, питаемого через один кабель с данными.
Распределение энергии с помощью PoE позволяет централизовать управление системой энергоснабжения, вести мониторинг потребляемой мощности и производить включение/отключение потребителей, в том числе и автоматически по расписанию. Следствием централизации станет повышение надежности и контролируемости всей системы в целом. Так, например, используемая в организации система управления сетью может собирать статистику потребляемой мощности по протоколу SNMP.
Еще одним преимуществом использования PoE является безопасность, так как обеспечивается интеллектуальная передача энергии, защищающая оконечное оборудование от перегрузки или недостатка питания.
Предоставляемая технологией гибкость позволяет размещать питаемое оборудование в любом месте без привязки к электрическим сетям.
Не стоит забывать и о простоте установки и скорости развертывания сети. Меньше проводных подключений – короче сроки внедрения.
На сегодняшний день в домашних и корпоративных сетях, а также в сетях операторов связи широко используются два стандарта передачи энергии по витой паре: IEEE 802.3af-2003 и 802.3at-2009. Основное отличие между ними состоит в максимальной передаваемой мощности. Стандарт IEEE 802.3af-2003 обеспечивает подачу мощности до 15,4 Ватт (минимально 44 В и 350 мА) по двум парам проводников, тогда как при использовании IEEE 802.3at-2009 (именуемого также PoE+ или PoE plus) максимальная мощность повышается до 25,5 Ватт. Столь огромная мощность может потребоваться, например, при использовании камер видеонаблюдения с сервоприводом (поворотных), либо размещенных в специализированных подогреваемых боксах.
IP-телефоны с дополнительными панелями управления/расширения тоже могут не укладываться в стандартный энергетический бюджет, предлагаемый стандартом 802.3af. Нельзя не упомянуть и о появляющихся на рынке небольших коммутаторах, которые сами способны получать питание с помощью PoE.
Однако не вся указанная мощность доступна устройствам-потребителям. Так, например, при использовании стандарта 802.3af на расстоянии ста метров лишь 12,95 Ватта будет доступно конечному устройству из-за сопротивления проводов и прочих потерь.
Успешные проекты
Многие корпоративные заказчики перед покупкой оборудования того или иного вендора желают знать ответы на целый ряд вопросов. Были ли уже успешные внедрения? Какое оборудование в каких случаях использовалось и почему? Сколько устройств использовано? Какая зона покрытия? Мы приведем несколько примеров успешного внедрения оборудования TP-Link в сетях некоторых наших крупных заказчиков, которые были произведены в 2016/2017 годах, а также ответим на некоторые из этих вопросов.
Видеонаблюдение
Задача питания видеокамер — одна из стандартных при использовании PoE коммутаторов. Наше оборудование применяют различные ритейлеры, в том числе группа компаний X5 RETAIL GROUP. В сети супермаркетов «Пятерочка», принадлежащей группе, была развернута система видеонаблюдения, построенная на базе PoE коммутаторов TP-Link T1500-28PCT. Данная модель предназначена для монтажа в телекоммуникационную стойку, имеет 24 питаемых порта Fast Ethernet, четыре разъема Gigabit Ethernet и два комбинированных гигабитных SFP-слота. К сильным сторонам коммутатора можно также отнести встроенные функции защиты и приоритезации трафика. Изначально в «Пятерочке» начали строить инфраструктуру с 16-портовыми коммутаторами конкурента, но потом обратили внимание на наши аналогичные по цене 24-портовые модели, которые в итоге помогли компании заметно сэкономить благодаря большему числу подключаемых камер.
TP-Link T1500-28PCT
Технология PoE в данном проекте также использовалась для обеспечения питания некоторых точек доступа и VoIP-телефонов. А прочее оборудование (серверы, принтеры, устройства обеспечения сетевой безопасности) подключалось с использованием обычных интерфейсов Gigabit Ethernet. Всего в супермаркетах сети было установлено порядка 2000 наших питающих коммутаторов.
Другая крупная федеральная сеть магазинов для дома и дачи также построила свою систему видеонаблюдения на основе модели T1500-28PCT: 180-ваттный энергетический бюджет идеально подошел под их требования. Типичные внутренние камеры для видеонаблюдения относятся ко второму классу питаемых устройств с точки зрения стандарта IEEE 802.3af и вписываются в диапазон потребляемой мощности от 3,8 до 6,5 Ватт. В их системе видеонаблюдения использовались внутренние неповоротные модели камер (без сервоприводов и подогреваемых кожухов), что позволило обеспечить их питанием даже с использованием не обладающих максимальным энергетическим бюджетом коммутаторов.
Есть у нас еще один пример успешного масштабного внедрения наших PoE-коммутаторов. В данном случае речь идет о модели T2600G-28MPS, у которой для 24 гигабитных портов PoE отводится мощность до 384 Вт. На базе данного коммутатора (совместно с TRASSIR) была развернута система видеонаблюдения в сети семейных гипермаркетов (всего для построения широкомасштабной системы видеонаблюдения заказчику потребовалось около 750 коммутаторов с поддержкой PoE+).
Видеонаблюдение на ЕГЭ
Одним из частных случаев применения стала организация видеонаблюдения во время ЕГЭ в 2017 году. Для этой цели мы предоставили коммутаторы T1600G-28PS: 24 гигабитными порта PoE+ с поддержкой стандартов 802.3at/af и энергетическим бюджетом в 192 Вт. Выбор на T1600G взамен T1500 пал из-за гигабитных портов, которыми также обладали установленные видеокамеры.
Фото: opennov.ru
Разница между T1600G-28PS и T2600G-28MPS заключается в том, что первый обладает меньшим энергетическим бюджетом, но оказывается более предпочтительным по цене.
Сети в ВУЗах
Вообще ВУЗовские сети интересны своей разнородностью. Тут мы хотели бы отметить проекты в двух крупных учебных заведениях нашей страны. В обоих случаях использовались коммутаторы T2600G-28MPS (TL-SG3424P) с большим энергетическим бюджетом (до 390 Вт). Данные коммутаторы относятся к линейке JetStream уровня 2+ и обладают 24 медными гигабитными портами с поддержкой PoE+ 802.3at/af, а также четырьмя SFP-слотами. Максимальная производительность устройства составляет 56 Гбит/с или 41,7 миллионов пакетов в секунду. Модель T2600G-28MPS может быть установлена в 19″ телекоммуникационную стойку либо размещена на столе или полке.
В первом случае была развернута широкомасштабная система видеонаблюдения, техническое задание для которой требовало установки коммутаторов с энергетическим бюджетом не менее 380 Вт. Также в данном случае было необходимо обеспечивать безопасность уже на уровне доступа к сети. Оба этих условия и определили выбор модели.
На территории другого учебного заведения коммутаторы T2600G-28MPS использовались для организации проводного сегмента, поддерживающего работу беспроводной Wi-Fi сети. Эта модель была выбрана потому, что энергопотребление точек доступа заметно выше стандартных IP-камер.
Беспроводные функции были возложены на контроллер TP-Link AC500 и точки доступа CAP1750, о которых мы уже рассказывали в деталях в нашем блоге ранее.
Примеры построения небольших сетей
Разумеется, успехом пользуются и компактные модели с PoE, рассчитанные на работу вне специализированных серверных. Например, безвентиляторный TL-SG108PE. У этого коммутатора восемь гигабитных портов, четыре из которых позволяют обеспечить питанием подключенное оборудование (до 15,4 Вт на порт). Суммарный PoE бюджет устройства составляет 55 Вт. Именно эти коммутаторы были использованы при построении локальных сетей в федеральной розничной сети салонов обуви и еще одной популярной аптечной сети. В обоих случаях наши PoE коммутаторы использовались для питания камер видеонаблюдения и обеспечения электроэнергией точек доступа для создания Wi-Fi сетей, тоже построенных на TP-Link.
На вкусненькое: из нестандартного
Есть у нас и нестандартные случаи применения. Один из нетривиальных проектов был выполнен совместно с компанией CloudKassir. В июле 2017 года вступил в силу закон, обязывающий интернет-магазины проводить расчеты через кассы и выдавать электронные чеки. Налоговая в реальном времени видит выручку бизнеса, а покупатель всегда имеет на руках документ, подтверждающий сделку.
В основе всего этого лежат кассовые аппараты, подключенные к интернету. Продавец может разместить такую кассу у себя, обеспечить питание, доступ к глобальной сети и так далее. Но также может воспользоваться услугой специализированных компаний, предоставляющих кассы из облака в аренду. В построении одного из таких сервисов мы и принимали участие. Стоит отметить, что решение строилось в момент острого дефицита кассовой техники, чем и были обусловлены некоторые из принятых технических решений.
В основу сети легли коммутаторы TP-Link T1600G-52PS, устанавливаемые в стойку. Данная модель не только выполняет коммутацию трафика, но также обеспечивает кассы питанием. К сожалению, использованные модели касс не поддерживали технологию Power over Ethernet (да и вообще не предназначались для монтажа в стойку), поэтому пришлось дополнить структуру PoE-сплиттерами, расположенными вместе с онлайн-кассами на специализированных выдвижных полках, смонтированных в стандартную телекоммуникационную стойку.
Примененное решение позволило получить выигрыш в использованном пространстве внутри стойки (за счет отсутствия традиционных блоков питания), а также обеспечить большую гибкость в управлении энергосистемой. Компактность решения в дальнейшем позволит сэкономить на аренде стоек и в целом повысить эффективность функционирования IT-системы заказчика.
Нестандартность решения в данном случае состоит в том, что PoE применяется внутри серверных комнат дата-центра, где обычно нет недостатка в электропитании, а плотность установки оборудования достаточно высока.
В сухом остатке
Как мы видим, оборудование с PoE достаточно часто используется для организации масштабных систем видеонаблюдения и для обеспечения беспроводного доступа в сеть на больших территориях. И тут все логично, но есть один момент: по нашей практике выбор оборудования того или иного производителя в российских проектах зачастую определяется степенью вовлеченности вендора в сам проект. И речь здесь идет не только или не столько о гарантии или поддержке (на некоторые модели у нас есть ограниченная пожизненная гарантия, в ряде случаев мы можем предложить бесплатную опережающую замену), сколько о гибкости подхода производителя к проектам, использующим его оборудование.
Так, например, в ряде проектов основную роль при выборе оборудования сыграла кастомизация прошивки устройств. Также не остаётся незамеченной возможность бесплатного предварительного тестирования оборудования. Ну а полноценное радиочастотное обследование и планирование, произведенное на этапе проработки проектов, обеспечило выбор и нашего беспроводного оборудования в ВУЗах. Другими словами, мы старались.
В заключение нам хотелось бы помочь вам разобраться в модельном ряде наших коммутаторов и предоставить пояснения по нумерации моделей. Для примера рассмотрим коммутатор T2600G-28MPS.
Цифра после T указывает на уровень управления: 1 — Smart, 2 — управляемый коммутатор L2/L2+, 3 — коммутатор с функциями третьего уровня.
Для управляемых коммутаторов вторая цифра в названии модели означает базовый набор функций прошивки и аппаратную платформу: 5 — стандартные L2-функции, 6 — поддержка статической маршрутизации, 7 — наличие интерфейсов 10 Gigabit Ethernet или поддержка физического стекирования.
Буква после цифр указывает на основные скорости портов: G — Gigabit Ethernet, X — 10 Gigabit Ethernet, отсутствие обозначения указывает, что интерфейсы коммутатора поддерживают Fast Ethernet.
Общее количество портов закодировано во второй группе цифр.
Последний набор букв используется для указания на тип интерфейсов и прочие аппаратные характеристики: T — UTP-порты, P — коммутатор с поддержкой PoE, MP — коммутатор с увеличенным энергетическим бюджетом, S — независимые порты SFP Uplink и так далее.
Из сказанного выше получается, что модель T2600G-28MPS — управляемый L2/L2+ коммутатор TP-Link с поддержкой статической маршрутизации и увеличенным энергетическим бюджетом, обладающий 28-ю портами, работающими на скорости 1 Гбит/с, а также имеющий независимые Uplink-интерфейсы, предназначенные для установки SFP.
Сравнительный обзор всех моделей всегда доступен здесь
Питание по витой паре: главное о технологии Power over Ethernet
Технология PoE помогает сэкономить на проводах, подводимых к сетевому устройству, и на количестве источников питания. Работает она просто — одна и та же витая пара используется как для передачи данных, так и для энергоснабжения подключенного устройства. Впрочем, это лишь верхушка айсберга, так что давайте копнем глубже.
Технология создавалась для IP-телефонии, систем видеонаблюдения и прочего оборудования, расположенного, к примеру, в труднодоступных местах или в зоне дефицита свободных розеток.
Что это такое и какое оборудование поддерживает технологию?
В развернутом виде аббревиатура PoE выглядит как Power over Ethernet, что в дословном переводе означает «питание по сети Ethernet». Технология создана с прицелом на передачу удаленному устройству электрической энергии вкупе с данными через обычную витую пару.
На роль источников питания в таких сетях могут быть назначены коммутаторы, роутеры и другое активное сетевое оборудование. Принимающая сторона питания PoE — точки доступа, камеры видеонаблюдения, IP-телефоны, всевозможные охранные и служебные датчики. Также существуют промежуточные звенья цепочки, позволяющие связать активное оборудование PoE с устройствами, не поддерживающими технологию. Об этом ниже.
 |
| Существует три стандарта технологии PoE. |
В сетях с пропускной способностью до 100 Мбит/с данные передаются только по двум парам Ethernet-кабеля. Соответственно, две оставшиеся пары остаются свободными. По ним то и налажена подача удаленного питания в простейшей схеме PoE. На деле же это не единственный вариант распиновки провода — она зависит еще и от стандарта технологии питания по сети.
Стандарты PoE
Всего существует три стандарта PoE:
Для первого стандарта IEEE 802.3af предусматривается распиновка типа А и типа В:
Во втором стандарте IEEE 802.3at (PoE+) применяется только схема В. Наглядные отличия между стандартами PoE можно лицезреть в табличке:
| Характеристики | PoE | PoE+ | PoE++ |
|---|---|---|---|
| Напряжение постоянного тока на питаемом устройстве (В) | 36-57 | 42.5-57 | 41.1-57 |
| Напряжение, выдаваемое источником (В) | 44-57 | 50-57 | 52-57 |
| Максимальная мощность PoE-источника (Вт) | 15,4 | 30 | 90 |
| Максимальная мощность, получаемая потребителем (Вт) | 12.95 | 25.5 | 71.3 |
| Максимальный ток (мА) | 350 | 600 | 960 |
| Максимальное сопротивление кабеля (Ом) | 20 (для cat.3) | 12.5 (для cat.5) | 12.5 (для cat.5) |
| Классы питания | 0-3 | 0-4 | 0-8 |
В довесок каждому питаемому устройству присваивается определенный класс от 0 до 4 в зависимости от уровня потребляемой мощности. Это необходимо для дальнейшего управления мощностью.
| Класс | Вт на порт PoE | Вт на устройство |
|---|---|---|
| 0 | 15.4 | от 0.44 до 12.95 |
| 1 | 4.5 | от 0.44 до 3.84 |
| 2 | 7 | от 3.84 до 6.49 |
| 3 | 15.4 | от 6.49 до 12.95 |
| 4 | 30 | от 12.95 до 25,5 |
Сетевое устройство подает питание потребителям только в том случае, если подключенное оборудование поддерживает технологию PoE. На первом этапе производится проверка питаемого устройства, в ходе чего на него подается напряжение от 2.8 до 10 B и определяется входное сопротивление. Если параметры соответствуют требуемым, питающее оборудование переходит к определению вышеупомянутых классов. После прохождения этапов определения и классификации питающее устройство подает в кабель напряжение 48 В с фронтом нарастания не быстрее 400 мс.